阵列式核磁共振找水仪控制软件系统研制

论文摘要

水是人类不可缺少的重要资源之一。目前我国面临着淡水资源缺乏和地下水引起的地质灾害频发两大主要问题。阵列式核磁共振找水仪是在自主研制的单通道核磁共振找水仪的基础上，为提高地下水探测的准确性及实现灾害水源等复杂目标水体的探测而提出的，将原有的1D测量拓展到2D剖面测量。本文在Labview软件平台上开展对阵列式核磁共振找水仪控制软件的设计，包括发射控制和接收控制两个主要部分，完成了阵列式多通道数据采集，处理成图及叠加保存等功能，实现了对仪器的全自动化控制。其中发射控制部分主要包括激发脉冲矩自动控制，电源控制，发射时序控制等。接收控制部分主要完成对阵列式中的每个子接收系统的放大器和采集部分的控制，其控制数目与阵列式接收系统中接收机的数目有关。具体内容如下：在激发脉冲矩自动控制模块中，通过对测量谐振阻抗子vi的设计，实现测量仪器前端发射部分的谐振阻抗；并根据脉冲矩阈值，脉冲矩个数等参数在自动选取脉冲矩子vi中以对数方式选取一组脉冲矩。这一功能的加入有效提高了对激发脉冲矩设置的准确性。电源自动控制模块中主要包括激发电压设置和电源自动放电控制两部分。其中激发电压设置是通过软件控制电源充电电压的设置，并达到对充电电压的实时监控；电源自动放电控制，由原仪器的手动放电变为自动放电，在仪器运行结束时自动放掉电源箱中剩余电量，保证了仪器和人员的安全。发射控制模块通过软件实现对发射板卡的工作模式选择，激发频率的设置；及对仪器的运行时序进行控制，发出同步采集指令和同步接收指令，使仪器按照运行的时序有条不紊的运行。在阵列式放大器模块中，通过通讯协议中阵列式通道号的设计，达到对每一个阵列式中的放大器的控制，在放大器参数子vi中实现对放大器带宽，增益和中心频率的设置。对阵列式放大器的控制主要是为了保障阵列式采集部分的正常工作。阵列式采集控制模块，采用“生产者—消费者”模型，充分发挥了Labview编写多线程程序的优势，节省了多通道运行的时间。并根据要求设计数据采集，处理成图和叠加保存三个工作线程。实现了对多个通道采集数据的实时监测，叠加运算及数据保存功能。针对三个工作线程分别设计了数据处理子vi，数据成图子vi，格式化子vi等。对阵列式核磁共振找水仪控制软件进行室内实验，验证控制软件的可靠性和稳定性。并对激发脉冲矩设置模块，电源控制模块，采集控制模块等三个主要模块进行了测试。通过对激发脉冲矩自动设置模块的测试结果分析，得出测量谐振阻抗误差为1.7%，脉冲矩设置误差在2%以内；电源控制模块实现了对电源充电电压的设置，有效的完成了电源自动放电功能，达到10V以下停止放电；采集控制模块可以可靠的完成对多通道的数据采集，处理成图及叠加保存功能。在已知层状地下水的长春市农安县烧锅镇进行了野外测试，采用四通道阵列式工作模式，进行了阵列式核磁共振地下水2D剖面同时测量。控制软件通过对仪器的控制实现了脉冲矩自动设置和电源自动放电的功能，完成了对多个通道的数据采集，处理成图及叠加保存功能，验证了控制软件野外测试的实用性和稳定性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 论文研究背景及意义
• 1.2 国内研究现状
• 1.2.1 国外现状
• 1.2.2 国内现状
• 1.3 本论文的研究内容与结构
• 第2章 阵列式核磁共振找水仪控制软件总体设计
• 2.1 阵列式核磁共振找水仪原理
• 2.1.1 核磁共振找水原理
• 2.1.2 找水系统的组成结构
• 2.1.3 找水仪控制软件功能
• 2.2 控制软件总体设计
• 2.2.1 开发环境
• 2.2.2 通讯协议
• 2.2.3 总体框架
• 2.2.4 软件界面
• 2.3 本章小结
• 第3章 发射自动控制软件设计
• 3.1 激发脉冲矩自动设置策略
• 3.1.1 测量谐振阻抗
• 3.1.2 自动设置激发脉冲矩
• 3.2 电源控制
• 3.2.1 激发电压设置
• 3.2.2 电源自动放电
• 3.3 发射时序控制和电流采集
• 3.3.1 发射时序控制
• 3.3.2 电流采集控制
• 3.4 本章小结
• 第4章 阵列式数据采集软件设计
• 4.1 阵列式采集控制策略
• 4.2 放大器设置和采集控制
• 4.2.1 放大器控制
• 4.2.2 采集控制
• 4.3 数据格式化与保存
• 4.4 本章小结
• 第5章 控制软件测试与应用
• 5.1 室内测试
• 5.1.1 激发脉冲矩自动设置
• 5.1.2 电源控制测试
• 5.1.3 阵列式采集测试
• 5.2 野外实测
• 5.3 本章小结
• 第6章 全文总结
• 6.1 本文成果
• 6.2 改进建议
• 参考文献
• 作者简介及科研成果
• 致谢